Nem fémes szerkezeti anyagok. Kompozitok

Átírás

1 Nem fémes szerkezeti anyagok Kompozitok

2 Kompozitok A kompozitok vagy társított anyagok olyan szerkezeti anyagok, amelyeket két vagy több különböző anyag pl. fém- kerámia, kerámia - műanyag, kerámia - kerámia, fém - műanyag, műanyag - üveg stb. egyesítésével állítanak elő, és a köztük lévő kapcsolat a terhelés növelésével is megmarad.

3 Kompozitok A kompozitok alapvetően két részre bonthatók: a befoglaló anyagra (mátrixra) és az abba beépülő második fázisra (erősítő vagy társító anyagra)

4 Kompozitok A kompozitok előállításánál a két anyag előnyös tulajdonságait kombináljuk. A kompozitok szerkezetüket tekintve lehetnek: részecskékből összetett ( diszperzió) szálas ( rövid vagy hosszúszálas) rétegelt felületi réteges ( bevonatos)

5 Részecskékből összetett, szemcsés kompozitok A mátrixanyagba, 1µm-tól a mm-ig részecskék vannak beágyazva. Ilyen pl. a beton, a keményfémek ( WC, TiC részecskék vannak a fém Co-ba beágyazva.), a fémkerámiák (cermet = ceramic + metals) oxidkerámiák pl. Al 2 O 3 vagy ZrO 2 van fémes mátrixba pl. Fe, Cr, Co, Mo ágyazva.

6 Szálas kompozitok Ilyenek: az üvegszál erősítésű műanyagok, a polimerszál erősítésű műanyagok, a szénszál erősítésű műanyagok. A mátrix általában valamilyen duroplaszt. De lehetnek pl. Ni szálal erősített kerámiák A szálak irányításával az anyag izotróppá tehető. Igen fontos anyag a vasbeton.

7 Szálerősítésű kompozitok

8 Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: szálak Üvegszál: olvadt üvegből fokozatosan húznak 6 12 µm átmérőjű szálakat, melyeket köteg, paplan vagy szövet formában hoznak forgalomba Grafit (karbon) szál: különféle karbonláncú vegyületeket tartalmazó alapanyagok pirolízisével, nyújtásával hoznak létre a szálirányban összefüggő grafit kristályokat

9 Szálerősítésű kompozitok alapanyagai: hordozó (mátrix) A hordozóanyagok különféle, rendszerint két komponensű, hőre keményedő műgyanták A műgyanta egyik komponense a folyékony polimer, amelyhez a térhálósító adalékokat hozzákeverve, majd a szálakat, töltőanyagokat bedolgozva kikeményítik

10 Szálerősítésű kompozitok jellegzetes példái Leggyakrabban üveg- vagy karbon szál és műgyanta alapanyagból készülnek Üvegszál erősítésű polimerek GFRP Karbonszál erősítésű polimerek CFRP Aromás poliamid (aramid) erősítésű polimerek Paraaramid KEVLAR Metaaramid - NOMEX Legősibb szálerősítésű kompozit a vályog tégla volt (Mezopotámia, éve)

11 Szálerősítésű kompozitból készült szerkezetek CF/EP CF/aramid/EP GFRP Aramid/DuPont Nomex Aramid/foam core CF/DuPont Nomex

12 Szálerősítésű kompozitból készült szerkezetek

13 Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező A szál és a hordozóanyag kötése egymáshoz (elérhető nyírófeszültség) A terhelés átadása a szál és a hordozó-anyag között (adhéziós kötéssel)

14 Szálerősítésű kompozitok: a szálak körüli feszültség mező

15 Szálerősítésű kompozitok: az R m és E változása a szálak mennyiségének függvényében

16 Szálerősítésű kompozitok: az R m és E változása az orientáció függvényében

17 Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: kerékpár váz Lehetséges váz anyagok: Acél cső Alumínium, titán cső Kompozit anyag A kompozit váz alkalmazásakor az anyag, alak, méret és a gyártási mód összehangolása szükséges

18 Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz A Forma-1 autók karosszériája karbon szál erősítésű kompozit anyagból készül Előny: kis tömeg, nagy szilárdság, az egyedi gyártás viszonylagos olcsósága

19 Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: széllovas (windsurf) Test: több rétegű kompozit héj, belső merevítések, az üregeket kitöltő hab Árbóc: üvegszállal erősített polimer (lehet fém-fém kompozit is) Vitorla: rövid szálakkal erősített, szövött vagy öntött kompozit anyag (kevlar) Uszony: üvegszállal erősített polimer Árbóc gyök: poliuretán rugó

20 a szerkezeti anyagok síkok mentén kapcsolódnak egymáshoz, és előállítsuk legtöbbször alakítással történik. Pl.a szendvicsszerkezetű nagyszilárdságú alumínium vagy titánlemezek közötti teret méhsejtszerűen elhelyezett polimerekkel kitöltött repülőgép burkolóelemek, ajtók, az alumíniummal bevont papír, a lakkal bevont alumínium stb. Réteges kompozitok

21 Réteges kompozitok: síléc

22 Réteges kompozitok: arall

23 Kompozit anyagból készült szerkezetek Példa: versenyautó váz A karosszéria merevségét a szendvics szerkezet fokozza (két sík réteg között méhsejt mintázatú összekötő cellák)

24 Fa alapú kompozitok: áttekintés 1. rétegelt lemez 2. farost lemez 3. Pozdorjalap 4. Faforgácslap 5. OSB lap 6. parafa

25 Fa alapú kompozitok (1) Rétegelt lemez (furnér lemez) Vékony falemezeket kötőanyaggal egyesítenek A szálirány 90 o -ban változó, emiatt az anizotrópia csökken, a szilárdság javul Farost lemez Rostjaira bontott faanyag és formaldehid gyanta keveréke Préshengerléssel formázzák végső méretre

26 Fa alapú kompozitok (2) Pozdorja lap Kender és len szártöredék és hőre keményedő műgyanta alkotja A masszát táblákká sajtolják Faforgács lap Szárított faforgácsot karbamid gyantával kötnek össze Magas hőmérsékleten táblákká préselik és a felületeket csiszolják

27 Fa alapú kompozitok (3) OSB lap Irányított forgácsirányú falemez rönkfából aprítanak rövid szalagokat, ezeket orientáltan helyezik el és gyantával összekötik A lapokat nagy nyomáson, 215 C o hőmérsékleten sajtolják össze táblává Parafa Parafa granulátumból sajtolnak különböző termékeket

28 Összefoglalás A kompozit anyagok tetszőleges igények szerint alakíthatóak, mindig a szerkezet funkciójának és igénybevételének megfelelően A szemcsés, szálas és rétegelt kompozitok önmagukban, és egymással kombinálva is használatosak.